Download
1 / 45
491 likes | 779 Views
بسمه تعالی. اسفنج ها. اسفنج ها ،مواد متخلخلی هستند که حفره های آنها حباب های گاز حَبس شده اند. سخت: سیستم های بستۀ سلولی(متخلخل)
E N D
اسفنج ها ،مواد متخلخلی هستند که حفره های آنها حباب های گاز حَبس شده اند. سخت: سیستم های بستۀ سلولی(متخلخل) هستند. نواع گوناگون اسفنج نرم: سیستم های باز هستند.
اسفنج های سخت: این اسفنج ها را بخاطر نارسانایی گرمایی شان می شناسند( این نوع اسفنج ها چگالی زیادی دارند) امروزه ، گونه‌های زیادی از اسفنجها شناخته شده و تولید و مصرف می‌شوند. پلی‌اورتانها و پلی‌استایرن از عمده‌ترین و پُرمصرف‌ترین این اسفنجها می‌باشند که در جداول بعدی نشان داده شده است.
اسفنج های نرم: برای این که اسفنج دارای انعطاف پذیری باشد ، باید سلول های آن باز باشند تا هنگام فشردگی ، هوای داخل آنها خارج شود (همانند شکل) بزرگنمایی 20 برابر
رسانایی گرمایی اسفنجها: رسانایی گرمایی در اسفنجهای با چگالی کم ، اندکی بیشتر از رسانایی گاز حبس شده در سلولهای آنهاست. هرچه وزنمولکولی گاز بیشتر باشد، رسانایی گرمایی کمتر می‌گردد. گازهایی که رسانایی گرمایی کمتری دارند، در تهیه اسفنجهای نارسانا بکار می‌روند. ممکن است در اثر مرور زمان ، گاز اسفنج از آن خارج شده و گازهای دیگر مثل هوا یا بخار آب در آن وارد شود.فریونها ( گازهای فلوئوروکربن ) معمولا در سلولهای پلی اورتان ماندگارترند، اما هوا و آب هم ممکن است وارد سلولها شوند و رسانایی گرمایی اسفنج را حدود 20 تا 40 درصد افزایش دهند.
جدول : برخی گازهای مورد استفاده در تهیه اسفنجها
تشکیل اسفنج رزینهای پلاستیکی را می‌توان با روشهای زیر بصورت اسفنج در آورد: فرآورده‌های جنبی گازی که طی واکنش پلیمریزاسیون تشکیل می‌شوند. تبخیر یک مایع که دارای نقطه جوش پایین باشد. واکنش شیمیایی یک عامل پُف‌کننده ثانوی که بوسیله حرارت فعال می‌شود.
روش تهیه اسفنج پلی اورتان : اسفنجهای پلی اورتان معمولا بوسیله واکنشهای شیمیایی و یا تبخیریک عامل پف کننده و دمیدن آن در پلی اوره‌تان تهیه می‌شوند. پلی اوره‌تانها از واکنش میان یک ایزوسیانات با یک ترکیب هیدروکسیل که دارای دو یا چند موضع واکنش پذیر باشد (پلی اولها) بدست می‌آیند. از پلی اولهای مورد مصرف در اسفنجهای پلی اوره‌تان می‌توان از پلی‌پروپیلن گلیکول و گلیسرول و … نام برد.
ایزوسیاناتها: در صنعت اسفنج سازی معمولا از دو نوع ایزوسیانات ، تولوئن دی‌ایزوسیانات و ایزوسیاناتهای پلیمری استفاده می‌شود. هر دو نوع ایزوسیانات سمی می‌باشند. اما سمیت تولوئن دی‌ایزوسیانات بیشتر است. تولوئن دی ایزوسیانات در تهیه اسفنجهای سخت و نرم کاربرد دارد. تولوئن دی ایزوسیانات (TDI)
از ایزوسیاناتهای پلیمری معمولا در تهیه اسفنجهای سخت استفاده می‌شود. اسفنجهای ساخته شده با ایزوسیانات پلیمری مقاومت گرمایی بیشتر و شعله پذیری کمتری نسبت به اسفنجهای ساخته شده از تولوئن دی‌ایزوسیانات دارند. پلی اورتانها از واکنش میان یک ایزوسیانات با یک ترکیب هیدروکسیل که دارای دو موضع واکنش پذیر یا بیشتر باشد، به دست می آیند. ساده ترین واکنش میان اتیلن گلیکول و تولوئن دی ایزوسیانات رخ می دهد :
ایجاد اتصالهای عرضی یا شبکه سازی، می تواند با به کار بردن ایزوسیاناتهای بسیاری یا یک ترکیب هیدروکسیل مناسب انجام شود. این واکنش ها، به شدت گرما ده هستند. برای کاهش گرمادهی می توان به جای تکپارها از پلی الهایی با وزن مولکولی زیاد استفاده کرد. ایزوسیاناتهای پیش بسپار نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند. ابتدا ایزوسیانات را با بخشی از پلی ال ترکیب می کنند تا یک پیش بسپار با گرانروی متوسط تا زیاد که به گروه های ایزوسیانات ختم می شود به وجود آید.
پلی الها: ترکیبات متنوعی که دارای گروه های هیدروکسیل متعددی هستند، جهت تهیه اسفنج در دسترس می باشند. برای تهیه یک پلی اورتان، معمولا، از دو نوع پلی ال یا بیشتر استفاده می کنند.
کاتالیزورهای مورد استفاده در واکنش اسفنج سازی: برای کنترل سرعت واکنش اسفنج سازی می‌توان از کاتالیزورهای مناسبی مانند آمینهای نوع سوم و ترکیبات آلی قلع استفاده کرد. اسفنجهای خالص را با استفاده از یک یا دو نوع آمین تهیه می‌کنند. برای تهیه اسفنجهای افشانه‌ای از ترکیبات آلی قلع همراه با یک آمین نوع سوم استفاده می‌کنند، آمینهای نوع اول، که معمولاً برای پروراندن کشپارها به کار می روند، به ندرت در تهیه اسفنجهای اورتان مصرف می شوند، زیرا با ایزوسیانات بسیار سریع واکنش می دهند.
مواد افزودنی به اسفنجهای پلی اورتان : در فرآیند اسفنج سازی برای بهبود خواص اسفنجها یا ایجاد یک ویژگی مانند مقاومت گرمایی و … در اسفنج ها، از موادی مانند کف کننده‌ها ، دیرسوزکننده‌ها و پف کننده‌ها استفاده می‌شود.
کف کننده‌ها : این مواد برای ایجاد سلولهای کوچک و متحدالشکل در اسفنج به فرمولاسیون آنها اضافه می‌شود. مقدار استفاده آنها در مقادیر جزئی (0.2 تا 2 درصد)میباشد. برای این منظور معمولا از سیالهای ویژه سیلسکوناستفاده می‌شود.
دیرسوزکننده‌ها: شعله گیری پلاستیکهای اسفنجی مشکلی اساسی میباشد و به علت سطح زیاد اسفنج گسترش شعله بسیار سریع است. با افزودن مواد دیرسوزکننده‌ای که دارای فسفر، برم و کلرهستند می‌توان شعله پذیری اسفنجها را کاهش داد. از دیرسوزکننده‌های پلی اورتان می‌توان به فیرول 6 و تربولین برای دیرسوزکردن اسفنجهای سخت و دی‌برومو بوتان دیول برای دیرسوزکردن اسفنجهای نرم ، اشاره کرد.
دیرسوزکننده های پلی ال اسفنج اورتانها:
عوامل پف کننده: CFC های 11 و 12 برای تهیه اسفنجها سخت و نارسانا مناسب هستند این مواد رسانایی گرمایی کمی دارند. از فلوئوروکربنهای 11 معمولا برای تهیه اسفنجهای خالص و انواع اسفنجهای افشانه‌ای استفاده می‌شود. فلوئوروکربن 12 برای افشانه کردن در دمای پائین بکار می‌رود. اسفنج حاصل از این پف کننده به علت سبکی مانند خمیر ریش کف کرده و گسترش می‌یابد. برای پف دادن اسفنجهای انعطاف‌پذیر و با چگالیبالا از آب استفاده می‌شود. واکنش آب با ایزوسیانات سلولهای پرشده از CO2ایجاد می‌کند که رسانایی گرمایی بیشتری از فلوئوروکربنها دارند.
نکته: ترکیبات فسفر را هرگز نباید با موادی که بر پایه تری متیلول پروپان ساخته شده اند به کار برد. سوزاندن یا گرما کافت چنین ترکیبی تولید تری متیلول پروپان فسفات می کند، این ماده بسیار سمی و خطرناک است.
پلی اورتانهای یک جزئی: اسفنجهای یک جزئی پر ورانده شده با رطوبت، به بازار آمده است. این مواد پیش بسپارهای ختم شده به گروه های ایزوسیانات هستند که توسط سازنده آنها، همراه با فلوئوروکربن 12، در ظرفهای تحت فشار قرار داده شده اند. اسفنج، مانند خمیر ریش، از مجرای مربوطه خارج می شود. رطوبت هوا می تواند، طی چند ساعت یا چند روز، گروههای ایزوسیانات باقیمانده را نیز بپروراند. (این مدت زمان به ضخامت اسفنج و رطوبت هوا بستگی دارد) اسفنجهای یک جزئی، به عنوان درزگیر جای خود را در کارهای ساختمانی باز کرده اند.
پلی ایزوسیانوراتها: با ایجاد ساختار ایزوسیانورات، می توان پایداری اسفنج در برابر گرما و مقاومت آن در مقابل شعله را افزایش داد. • با استفاده از کاتالیزور مناسب، می توان ایزوسیاناتها را به صورت سه پارایزوسیانورات درآورد:
برای ایجاد اتصال ایزوسیانورات، کاتالیزورهای گوناگونی، از قبیل آمینهای نوع سوم و نمکهای برخی فلزات، مانند پتاسیم استات و سدیم بنزوآت، وجود دارند که در جدول بعدی مشخص است.
ایزوسیانوراتی که ساختار آن نشان داده شده، بسیار سخت و شکننده است. بنابراین، لازم است با وارد ساختن اتصالهای اورتان، اسفنجهایی با سختی مناسب تهیه کرد. • فرمول بندی های اسفنج ایزوسیانورات، معمولاً از یک یا چند نوع پلی ال، یک دیرسوز کننده، یک کف کننده سیلیکون، یک کاتالیزور و فلوئوروکربن B11 به وجود آمده اند.
سرعت واکنشهای رقابتی اورتان و ایزوسیانورات بایستی طوری تنظیم شوند تا هر دو واکنش بتوانند همراه با هم پیش روند. با گرم کردن مواد تا حدود 50o تا 70oC می توان واکنشهای ثانوی را کاهش داد و کیفیت فراورده را بهبود بخشید.
چسبندگی در اسفنجهای ایزوسیانورات، همواره مسئله بوده است. ایزوسیانات موجود در فرمول بندی، قادر است با رطوبت موجود در سوبسترا واکنش دهد. گاز کربن دیوکسید در بین سطح ها تشکیل می شود و لایه ای با مقاومت و چگالی کم را ایجاد می کند. رطوبت کم و دمای زیاد سوبسترا، سبب افزایش استحکام پیوند اسفنج با سطوح پیرامون می شود.
فرمول بندی اسفنجهای ایزوسیانورات، در گستره دمایی 150o تا 210oC خواص مفید و جالبی دارند. مقایسه پایداری گرمایی پلی ایزوسیانورات با پلی اورتان را می توان از روی منحنی های «آنالیز ترموگراویمتری» شکل زیر مشاهده کرد. در این منحنی ها، کاهش وزن به صورت تابعی از دما نشان داده شده است.
اسفنج پلی ایمید: اسفنجهایی با ساختار پلی ایمید، برای استفاده در دمای بالا می توان ساخت. برای تهیه پلی ایمید، از واکنش جالب میان یک ایزوسیانات و یک دی انیدرید می توان استفاده کرد. اسفنجهای راست زنجیر پلی ایمید، شکننده هستند. اصلاحاتی نظیر تصحیح پلی ال برای بهبود بخشیدن خواص فیزیکی و خصیصه های فراوری اسفنجها به کار گرفته می شوند. تورم اسفنجهای پلی ایمید معمولاً با CO2 حاصل از واکنش صورت می گیرد.
اوره فرمالدهید: اسفنجهای اوره را از واکنش میان اوره و فرمالدهید تهیه می کنند. • سیستمهای تجارتی برای اسفنجی ساختن محل های بسته، نظیر دیوارها، وجود دارند. • اسفنجهای اوره را با استفاده از دستگاهی که دارای دو جزء ترکیب شونده می باشد، به کار می گیرند. پس از آنکه اسفنج از افشانک خارج شد، مانند خمیر ریش، کاملا منبسط و متورم می شود. این خصیصه سبب شده است که بتوان این اسفنج را برای پر کردن خلل و فرج دیوارها، بدون تغییر دادن ساختار آنها، به کار گرفت.
ویژگی های اوره فرمالدهید: • مقاومت اسفنجهای اوره در برابر آتش و شعله نسبتا خوب است. • رسانایی گرمایی در این اسفنجها کمتر از اسفنج اورتانی است که با گازهای فلوئوروکربن متورم شده باشد، زیرا ساختار سلولها در اوره فرمالدهید، معمولا باز است. • رطوبت و گرمای زیاد می تواند سبب فرسایش و تباهی اسفنجهای اوره گردد و بوی نامطبوع فرمالدهید پدید آورد، آب رفتگی نیز همواره یک مسئله بوده است.
پلی استیرن: امروزه، اسفنجهای ساخته شده از پلی استیرن، در میان اسفنجهای سخت پلاستیکی، بالاترین مصرف را دارند. دو نوع آن برای مصارف گوناگون موجود است: 1.مرواریدهای گسترش پذیر 2.پلی استیرن تزریق شده در هر دو فرآیند از رزین بسیار شده که حاوی عامل پف کننده فرار میباشد استفاده می شود.
1.مرواریدهای گسترش پذیر : مرواریدها را با استفاده از عامل پف کننده که در بسپار حل شده است، تهیه می کنند. گرما سبب نرم شدن بسپار شده و عامل پف کننده نیز منبسط می شود.
2.پلی استیرن تزریق شده: در روش تزریقی، عامل پف کننده را همراه با رزین مذاب تزریق می کنند. هر مترمکعب از اسفنج حاصل معمولا 8/12 تا 160 کیلوگرم وزن دارد.
ویژگی های اسفنج پلی استیرن: اسفنج پلی استیرن، علی رغم چگالی کم آن، دارای استحکام چشمگیری است. بسیاری از حلالها می توانند آن را حل کنند. پیوند دادن بایستی با چسبهای بی حلال، نظیر اپوکسی، اورتان، و یا مواد ساخته شده بر پایه اب صورت گیرد.
اسفنج های فنولی: هنگامی که رزینهای فنولی به سرعت پرورانده شوند، فرآورده های جنبی خودشان را به عنوان عامل پف کننده مورد استفاده قرار داده، اسفنجی خواهند شد. برای کاهش چگالی، می توان عامل پف کننده شیمیایی دیگری نیز همراه با آن به کار برد. اسفنجهای بسیار سبکی که هر متر مکعب آنها حدود 5 کیلوگرم وزن داشته باشد، تهیه شده اند. اما، اسفنجهایی که تاکنون ساخته شده اند، شکننده بوده و خوردگی واکنشگاهها نیز ممکن است مسئله باشد (برخی از این اسفنجها با کاتالیزورهای اسیدی پرورانده می شوند)، به همین دلیل اسفنجهای فنولی نتوانسته اند بازار خوبی پیدا کنند. رزین فنولی
عوامل پف کننده واکنش پذیر ثانوی: شماری از اسفنجها را می توان با استفاده از عوامل اسفنج ساز شیمیایی تهیه کرد. عوامل اسفنج ساز شیمیایی ترکیباتی آلی یا معدنی هستند که در اثر گرما تجزیه شده و گازهایی نظیر N2 به وجود می آورند. این گازها معمولاً در گستره دمایی کاملاً مشخصی متصاعد می شوند. این امر سبب می شود تا بتوان عامل پف کننده مناسب برای هر رزین گرما نرم را پیدا کرد و به کار گرفت. نمونه ای از یک عامل پف کننده شیمیایی در زیر نشان داده شده است:
اسفنج های وینیل: • پلی وینیل کلرید (PVC) متخلخل و انعطاف پذیر، در تهیه مبلمان، کف پوش و منسوجات پوششی به کار می رود. اسفنجهای وینیلی را با دمیدن یک عامل اسنفج ساز واکنش پذیر در داخل پی وی سی نرم شده، تهیه می کنند. پلی وینیل کلرید، به طور طبیعی، شعله ناپذیر است ولی این خاصیت با افزایش نرم کننده ها، کاهش می یابد. • در قلمرو و ورزش، استفاده از اسفنجهای وینیلی با سلولهای بسته، بیش از پیش مرسوم شده است. این مواد دارای قدرت ضربه پذیری بسیار خوبی هستند و در تهیه کلاه خود (برای موتور سواری)، البسه محافظ، جلیقه های نجات و سایر وسایل ورزشی به کار می روند. • اسفنجهای سخت را با دمیدن در پی وی سی حاوی اندکی ماده نرم کننده، تهیه می کنند.
اسفنجهای گرما نرم: پلی اتیلن به شکلهای تزریقی در دسترس می باشد. آکرویلونیتریل بوتیل استیرن (ABS) ، پلی کربنات ، نایلون، پلی استر و سایر پلاستیکهای مهندسی را می توان با استفاده از فرآیند قالبگیری تزریقی تهیه کرد. این مواد را برای تهیه اشیای سبک وزن و پوشش ها و بدنه های مقاوم در برابر ضربه، جهت کامپیوترها و سایر دستگاه ها به کار می برند.
اسفنجهای تقویت شده: • اسفنجهای گرما نرم تقویت شده با شیشه، در سالهای اخیر وارد بازار شده و به صورت نایلون، پلی پروپیلن، پلی استیرن، پلی کربنات، آکریلونیتریل بوتیل استیرن و غیره در دسترس هستند. اسفنجهایی که با شیشه تقویت شده باشند دارای استحکام فراوان چقرمگی و پایداری ابعادی هستند. • امروزه، اسفنجهای تقویت شده و قالبگیری شده، به تدریج جایگزین فلز و چوب در مبلمان، لوازم خانگی و مواد ساختمانی شده اند.
اسنفجهای اپوکسی: اسنفجهای اپوکسی را با عوامل پف کننده شیمیایی ثانوی متورم می سازند. سیستم رزین اپوکسی، بر حسب خواص مورد نظر، دارای گونه های متفاوتی است. اسفنجهای اپوکسی، معمولا، سخت بوده و دارای سلولهای بسته می باشند.
سیلیکون: می توان اسفنجهای انعطاف پذیر و سخت را از سیلیکون ساخت. اینها، اساساً، لاستیک سیلیکون یا رزینهای شبکه بندی شده با عوامل پف کننده شیمیایی هستند. برخی اسفنجهای سیلیکون را با گاز هیدروژن، که طی واکنش به وجود می آید، متورم می سازند.
اسفنج های سنتزی: اسفنج های سنتزی، ترکیبی از رزین با حبابهای بسیار کوچک می باشند. بسیاری از این ترکیبات وجود دارند، ولی معمولیترین آنها میکروبالونهای فنولی هستند که با رزین اپوکسی یا استر پدید می آیند. رزین پلی ایمید، با میکروبالون های شیشه ای،تشکیل اسفنج های مقاوم در دماهای بالا می دهد. گستره چگالی این رزینها به 160 تا 1120 کیلوگرم بر متر مکعب محدود می باشد.
